AŽD Praha CRV & AVV modulární řídicí systém pro všechny druhy vozidel se zvláštním zaměřením na energeticky úsporné řízení Dr. Ing. Aleš Lieskovský, Dr. Ing. Ivo Myslivec AŽD Praha, s.r.o. Ing. Pavel Hanzelka, Dr. Jan Hula, Ing. Petr Svoboda MSV elektronika s.r.o., Studénka Czech RailDays 2008, Ostrava, 17.06.2008
CRV & AVV Obsah přednášky: Systémová charakteristika Centrální regulátor vozidla CRV Automatická regulace rychlosti - ARR Automatické vedení vlaku AVV (Regulátor cílového brzdění, regulátor jízdní doby) Orientace na trati, spolupráce p s ETCS Diagnostický počítač vozu Mezivozová komunikace Hardwarové řešení, rozhraní člověk - stroj Bezpečnostní aspekty. Tradice a kontinuita Reference Detailnější rozvaha o výsledcích energetické optimalizace Czech RailDays 2008, Ostrava - 17.06.2008 2
Systémová charakteristika Modulární řídicí systém stém pro všechny druhy vozidel jedinou podmínkou je elektricky řízený pohon a vlaková brzda vhodný jak pro nová vozidla, tak pro rekonstrukce v provozu na vozidlech elektrických (ss i st pohony) dieselelektrických dieselhydraulických dieselhydromechanických instalován na zhruba 200 vozidlech 10 různých řad Czech RailDays 2008, Ostrava - 17.06.2008 3
Základní schéma Czech RailDays 2008, Ostrava - 17.06.2008 4
Poměrný tah - PT Univerzální řídicí signál s rozsahem -100% až +100% Respektuje trakční charakteristiku daného vozidla Zabraňuje nesplnitelnému požadavku a wind-up efektu Umožňuje násobné řízení vozidel různých typů, výkonů i trakcí v jednom vlaku. Czech RailDays 2008, Ostrava - 17.06.2008 5
Centrální regulátor vozidla - CRV Zajišťuje Automatickou regulaci rychlosti (ARR), ruční řízení i spolupráci brzd. Volitelně může být doplněna o: uzel vlakové komunikační linky ypro násobné řízení (Národní vlaková linka, WTB) radiové dálkové řízení vzdálené vstupy/výstupy nouzový (záložní) řídicí systém - NRV CRV může spolupracovat s Diagnostickým počítačem vozidla - DPV Regulátorem trakčního dieselelektrického agregátu - RTR Automatickým vedením vlaku - AVV Czech RailDays 2008, Ostrava - 17.06.2008 6
Automatická regulace rychlosti - ARR Řízení tažné síly a dynamické brzdy Řízení pneumatické průběžné brzdy Dosažení požadované rychlosti je aperiodické (bez překmitů a podkmitů) V případě zásahu strojvedoucího do procesu regulace zůstává ARR v činnosti, ale požadavek akceptuje Regulační rozsah od 2 km/h do Vmax (v současnosti do 200 km/h lokomotiva ŠKODA 109E) typická přesnost je lepší než ±1 km/h Czech RailDays 2008, Ostrava - 17.06.2008 7
Automatická regulace rychlosti Rozšiřující funkce: např. kontrola, zda-li konec vlaku již projel určitým místem, např. koncem omezení rychlosti či okolo začátku nástupiště apod. (délka vlaku je zadána strojvedoucím) Czech RailDays 2008, Ostrava - 17.06.2008 8
Spolupráce brzd Automatický náběh dynamické brzdy při použití brzdy pneumatické (průběžné). ů Doplňování účinku dynamické brzdy brzdou pneumatickou (v oblasti vysokých rychlostí, je-li potřeba), vystřídání brzd (blending v nízkých rychlostech). Současné brzdění dynamickou i vzduchovou brzdou na jedné nápravě. Plynulý přechod (vystřídání) mezi oběma brzdami. Czech RailDays 2008, Ostrava - 17.06.2008 9
Automatické vedení vlaku - AVV Regulátor cílového brzdění (RCB) Regulátor jízdní doby (RJD) / energetická optimizalizace jízdy Založeny na palubní mapě trati (Route map) a palubním jízdním řádu Orientace na trati pomocí informačních bodů (pokud není ETCS) Spolupráce s ETCS první aplikace v Evropě Czech RailDays 2008, Ostrava - 17.06.2008 10
Regulátor cílového brzdění - RCB Zajišťuje automatické cílové brzdění k: rychlostníkům; návěstidlům s návěstí Stůj nebo s návěstí omezující rychlost (vč. virtuálních návěstidel ETCS); nástupištím stanic a zastávek (zastavení čelem, středem nebo koncem vlaku podle místních zvyklostí). Czech RailDays 2008, Ostrava - 17.06.2008 11
Regulátor cílového brzdění Základní funkce: navést vlak na cílovou rychlost, a to právě v cíli (ne dříve ani později) a s odrychlením právě kleslým na nulu (bez podbrzdění) Další funkce: např. kontrola všech aktuálně platných omezení rychlosti a zabránění strojvedoucímu je překročit Typická přesnost: ±1 m na železnici ±0.1 m v metru Šipky označují skutečné místo zastavení středu dveří na několika vlacích Czech RailDays 2008, Ostrava - 17.06.2008 12
Regulátor cílového brzdění Statistika zastavení el. jednotky 471 dva vlaky, různé stanice: Rheostatic brake Rheo. br. + external influence Pneumatic brake A suché koleje, vlak 9355, 22. 03. 2000 B vlhké koleje, vlak 9308, 28. 03. 2000 A B -2-1 0 1 2 (osa X v metrech) Czech RailDays 2008, Ostrava - 17.06.2008 13
Regulátor jízdní doby - RJD Pro energeticky optimální jízdu s přesným příjezdem do stanice typická přesnost zastavení: ±10 sekund energetické úspory 10-30% (měření ERRI) Variantní řešení pro vlaky často zastavující (osobní vlaky, příměstské vlaky, metro) vlaky zřídka zastavující (rychlíky, expesní vlaky, nákladní vlaky) Czech RailDays 2008, Ostrava - 17.06.2008 14
Regulátor jízdní doby / Energetická optimalizace jízdy Základní funkce: dovést vlak do nejbližší stanice právě včas (pokud je to možné) a s minimální spotřebou energie, toto je zajišťováno neustálým řešením pohybových rovnic vlaku palubní částí systému a zavedením výběhu v okamžiku, kdy je to potřeba Další funkce: např. korekce průběhu jízdy podle okamžité dopravní situace dálkovým rádiovým povelem Více informací v druhé části přednáškyř Czech RailDays 2008, Ostrava - 17.06.2008 15
Palubní mapa tratě a jízdní řád Mapa tratě obsahuje všechny statické informace o traťovém úseku: polohy rychlostníků, polohy návěstidel a staničních zhlaví, polohy nástupišť (míst zastavení), polohy změn ě nivelety. 30.985 BOD Z=15Z 31.005 BOD I=NSSN/JNNS/SSSJ ; stanice Hostejn SHosSt: STANICE 15,120,120,0 31.015 BOD N=ZL ZHLAVI 1,4 NSSN/NSJN/JJJS, SHosK1 NJJN/NJSN/JJJS, SHosK2 SNNS/SNNJ/JJJS, SHosK3 JNNJ/JNNS/JJJS, SHosK4 SHosK1: 31.265 BOD N=KSL 31.310 BOD R=100 ;/130 Jízdní řád obsahuje informace o jízdě vlaku: seznam stanic a zastávek, v nichž daný vlak staví, časy příjezdů a odjezdů, stanovenou rychlost pro jednotlivé traťové úseky. Czech RailDays 2008, Ostrava - 17.06.2008 16
Orientace na trati informační body Informační bod dává jedinečnou informaci o poloze vlaku na železniční síti a o směru jízdy (obdoba ID-kódu balízy ETCS). Ostatní statické informace jsou brány z mapy tratě (na libovolnou vzdálenost před vlakem). Během migrace k ETCS jsou užívány informační body typu MIB-6 6. Czech RailDays 2008, Ostrava - 17.06.2008 17
Spolupráce s ETCS CRV&AVV spolupracuje p s ETCS: pro orientaci na trati používá informace LRBG a LPBG (namísto MIBů) z ETCS přebírá statický rychlostní profil (SSP), převádí ho na dynamický rychlostní profil (DSP) a podle něj následně řídí jízdu vlaku pro ETCS vykovává funkce TIU (train interface unit) provozní brzdění, příp.další funkce Spolupráce s ETCS je (resp. bude) zkoušena na lokomotivě 362.166 a jednotce 471/971.042 Czech RailDays 2008, Ostrava - 17.06.2008 18
Diagnostický počítač vozu - DPV Samostatný systém pro řízení a kontrolu vozových zařízení (např. dveří, topení, vodního hospodářství, informačních systémů ů pro cestující) řízení a kontrola funkcí nesouvisejících s trakcí (např. dobíjení baterií, chod kompresorů vč. synchronizace) vyhodnocování provozních a poruchových signálů z vozidla, poruchová hlášení, ukládání poruchových záznamů do paměti, přenos do servisních PC řízení zobrazování na displejích strojvedoucího základní zobrazení pro jízdu servisní zobrazení jednotlivých technologických celků (např. CRV, DPV, dveří, topení, požární ústředny,...) výpis poruchových událostí (aktuální poruchy, historie, statistika) výpis jízdního řádu na displeji strojvedoucího komunikace s ostatními vozidly (přenos signálů, poruchových záznamů, dat pro informační systémy,...) Czech RailDays 2008, Ostrava - 17.06.2008 19
Mezivozová komunikace (Národní vlaková linka NVL) Mezivozová komunikace po stávajících (i starých) kabelech UIC V bezproblémovém provozu od r. 1995 Řídicí linka (1pár vodičů), diagnostická linka (1 pár) Řídicí í linka zcela univerzální pro všechna vozidla (nemusí se doplňovat charakteristika nového vozidla) Diagnostická linka univerzální na úrovni identifikace vozidla a přenosu ř obecných poruch I na vozidlech,,jejichž j ŘS dodávají jiné firmy (854, 954) Vůz ř. 943 řídí po NVL lokomotivu ř.755 přes 3 staré staré vozy řady B Czech RailDays 2008, Ostrava - 17.06.2008 20
Man machine interface CRV & AVV minimalizuje počet ovladačů nutných pro řízení í vozidla: 6-polohová Hlavní jízdní páka pro řízení trakce, dynamické i vzduchové brzdy (vč. rychlobrzdy) Klávesnice pro zadávání požadované rychlosti a zadávání či upřesňování návěstních znaků Grafický displej (dotykový či se soft-tlačítky) Stanoviště strojvedoucího na motorovém voze řady Dm12 Finských drah (VR) Czech RailDays 2008, Ostrava - 17.06.2008 21
Bezpečnostní aspekty Zařízení je vytvářeno v souladu s EN 50155 a dalšími Pro lokomotivu 109E je CRV&AVV navrženo s úrovní integrity bezpečnosti SIL 1 I/O jednotky s vnitřní diagnostikou detekce zkratu a přerušení obvodu zátěže detekce průrazu a přerušení spínacího prvku Dvojitý signál watch-dog Reléový odpojovač výstupních signálů přímo řízený signálem watch-dog Externí adresace zásuvných I/O jednotek zabránění ě nesprávnému nastavení po výměně ě ě jednotky Czech RailDays 2008, Ostrava - 17.06.2008 22
Tradice a kontinuita práce již od 60. let minulého století více než 200 člověkoroků zkušeností přes 500 úspěšně provozovaných analogových systémů do roku 1990 bezproblémový přechododanalogové k digitální technice aktivní spolupráce s výrobcem vozidla při oživování a zkouškách řídicího systému (vozidla pro ČSD, ČD, SŽDC, VR, DP-M, JHMD) Jeden z autorů prezentace při zkouškách násobného řízení motorového vozu Dm12 Czech RailDays 2008, Ostrava - 17.06.2008 23
Provozní spolehlivost geneické generické jádro jádo systému stém prověřeno po více než 12 lety každodenního provozu operation aktivní spolupráce p při návrhu a vývoji vozidla důkladné laboratorní testy používající í fyzický model vozidla (tak zvaný zbytek světa ) instaluj a jeď po instalaci systému může vozidlo vyjet ve velmi krátké době (dny) Zbytek světa k řídicímu systému lokomotivy 109E Czech RailDays 2008, Ostrava - 17.06.2008 24
HW řešení a reference Komplexní řečšení pokrývá veškeré funkce spjaté s řízením vozidla motorové a řídicí vozy 843/943 (ČD) motorové vozy Dm12 (VR) motorové lokomotivy T47.0 (JHMD, reko) a 754 (ČD) el. lokomotiva 362.166 (reko řídicího systému, spolupráce s ETCS) Integrální subsystémy ve stávajícím řídicím systému el. jednotka 471/971 (ČD) el. lokomotivy 109E (ŠKODA pro ČD) Samostatné systémy na vozidlové sběrnici (CAN open, MVB) vozy metra 81-7171M (DP-M) Czech RailDays 2008, Ostrava - 17.06.2008 25
Motorové a řídicí vozy 843/943 31+11 instalací, HW MSV Studénka 16-bit RISC procesor Infineon 80C166 @40 MHz automatická regulace rychlosti ARR spolupráce brzd, protismykový regulátor násobné řízení vozidel po Národní vlakové lince po kabelu UIC palubní diagnostický systém DPV plus dalších 32 instalací na vložených vozech 043 Modernizace DPV na CPU Fujitsu, doplnění ISC další instalace na 19+ vozech 054 Czech RailDays 2008, Ostrava - 17.06.2008 26
Motorové vozy Dm12 VR 16 instalací, HW MSV elektronika 32-bit RISC procesors Fujitsu 91F362 @48MHz automatická regulace rychlosti ARR řízení í dieselhydraulického d l pohonu, spolupráce brzd interface k vlakovému zabezpečovači EBICAB násobné řízení e dle standardu du NVL palubní diagnostika s výkonným nápovědným systémem Sněhulák ve zkušebním centru Arsenal ve Vídni: -40 C a úspěšný start! Czech RailDays 2008, Ostrava - 17.06.2008 27
Motorové lokomotivy T47.0 JHMD rekonstrukce úzkorozchodných lokomotiv ČKD z roku 1953 3 instalace, HW MSV elektronika 32-bit RISC procesor Fujitsu 91F362 @48MHz automatická regulace rychlosti ARR řízení í dieselelektrického l i kéh pohonu vícenásobné řízení, dálkové řízení rádiem integrovaný tachograf a kontrola bdělosti Czech RailDays 2008, Ostrava - 17.06.2008 28
Motorové lokomotivy 754 rekonstrukce lokomotiv ČKD z roku 1975 3 instalace (další v realizaci), HW MSV elektronika 32-bit RISC procesor Fujitsu 91F362 @48MHz automatická regulace rychlosti ARR řízení dieselelektrického pohonu násobné řízení í integrovaný tachograf Czech RailDays 2008, Ostrava - 17.06.2008 29
Elektrická jednotka 471/971 35+35 instalací (další v realizaci), HW UniControls 32-bit CISC procesor Motorola 68C360 @20MHz automatická regulace rychlosti ARR regulátor cílového brzdění regulátor jízdní doby / energetická optimalizace jízdy (pro často zastavující vlaky) spolupráce brzd, protismykový regulátor jedna (pilotní) instalace spolupráce s ETCS Czech RailDays 2008, Ostrava - 17.06.2008 30
Elektrická lokomotiva 362.166 rekonstrukce řídicího systému lokomotivy 1 pilotní instalace, HW MSV elektronika 32-bit RISC procesor Fujitsu 91F362 @48MHz automatická regulace rychlosti ARR regulátor cílového brzdění regulátor jízdní doby / energetická optimalizace jízdy (pro zřídka zastavující vlaky) spolupráce brzd násobné řízení (příprava) spolupráce s ETCS (AVV používá SSP a realizuje příkaz na provozní brzdění) Czech RailDays 2008, Ostrava - 17.06.2008 31
Elektrické lokomotivy ř. 380 (ŠKODA 109E) 2 instalace (ve zkouškách), HW MSV elektronika 32-bit RISC procesor Fujitsu 91F362 @48MHz automatická regulace rychlosti ARR regulátor cílového brzdění regulátor jízdní doby / energetická optimalizace jízdy (pro zřídka zastavující vlaky) spolupráce brzd, protismykový regulátor Czech RailDays 2008, Ostrava - 17.06.2008 32
Soupravy Metra 81-7171 M 50 (+ dalších 6 letos) instalací, HW UniControls 32-bit CISC procesor Motorola 68C360 @20MHz automatická regulace rychlosti ARR regulátor cílového brzdění regulátor jízdní doby / energetická optimalizace jízdy (pro často zastavující vlaky) spolupráce s vlakovým zabezpečovačem SOP2-P, provozní interval 90 s Czech RailDays 2008, Ostrava - 17.06.2008 33
Krátká přestávka Opravdu krátká přestávka před druhou půlkou přednášky... Czech RailDays 2008, Ostrava - 17.06.2008 34
Regulace jízdní doby / Energetická optimalizace jízdy 3 možnosti prodlužování jízdní doby: A) zavedení výběhu B) omezení Vmax C) snížení rozjezdového zrychlení Czech RailDays 2008, Ostrava - 17.06.2008 35
Energetická optimalizace - výsledky Skutečná měření spotřeby energie často zastavujícího vlaku [Wh/t.km] Používání výběhu (případ p A na předchozím snímku) je nejefektivnější cesta pro úsporu energie Loko 242.256, Vlak 300 t, délka úseku = 3770 m, sklon = + 5 měřeno v roce 1989 Czech RailDays 2008, Ostrava - 17.06.2008 36
Energetická optimalizace - výsledky Skutečná měření spotřeby energie často t zastavujícího íh vlaku [kwh] Loko 163.034, Vlak 7 x Bte, Trať Praha Kolín (62 km) měřeno v roce 1992 Czech RailDays 2008, Ostrava - 17.06.2008 37
Energetická optimalizace - výsledky Typický průběh jízdy mezi dvěma ě zastaveními pro strojvedoucího a AVV při dodržení shodné jízdní doby. Czech RailDays 2008, Ostrava - 17.06.2008 38
Energetická optimalizace - výsledky Loko 380 Vlak 350 t simulace 2007 Czech RailDays 2008, Ostrava - 17.06.2008 39
Energetická optimalizace - výsledky Loko 380 Vlak 350 t simulace 2007 Czech RailDays 2008, Ostrava - 17.06.2008 40
Displej strojvedoucího Skutečný vzhled (hardcopy) zobrazení na displeji strojvedoucího při režimu RJD - lokomotiva 163.034 (1991) Czech RailDays 2008, Ostrava - 17.06.2008 41
Displej strojvedoucího Zobrazení režimu RJD na displeji strojvedoucího na jednotce 471 (Implementace Unicontrols, testovací t obrázek, 1998) Obrázek též obsahuje prvky zobrazení tachografu a silových obvodů soupravy Czech RailDays 2008, Ostrava - 17.06.2008 42
Displej strojvedoucího Displej strojvedoucího na lokomotivě 362.166 režim RJD. Obrázek byl pořízen během zkoušek, kdy byl řídicí systém přepnut do zkušebního režimu. Toto je velice užitečné pro výuku strojvedoucích, prezentaci systému ( Dny otevřených dveří ), pro hledání závad apod. Czech RailDays 2008, Ostrava - 17.06.2008 43
Konec Děkujeme za pozornost. V případě jakýchkoli otázek se prosím ptejte nyní nebo nám Váš dotaz pošlete později na mail Lieskovsky.Ales@azd.cz Myslivec.Ivo@azd.cz Petr.Svoboda@MSVelektronika.cz Jan.Hula@MSVelektronika.cz Děkujeme též autorům použitých fotografií. Czech RailDays 2008, Ostrava - 17.06.2008 44